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顺磁性内嵌金属富勒烯因其新奇的嵌套结构及独特的自旋特性而受到人们的广泛关注，目前在量子计算、信息输运、信息存储等诸多领域具有潜在的应用价值。本论文报道了几种顺磁性金属富勒烯，系统研究了其电子自旋特性及磁学性质，揭示了电子自旋在研究金属富勒烯分子的电子结构特征、确定分子精细结构、探测分子运动状态等方面的重要作用，设计和构筑了三维有序的自旋阵列，合成了新型金属富勒烯复合盐及其磁性薄膜材料，利用核自旋探究了分子内运动过程。具体内容如下: （一）通过自旋活化获得了顺磁性富勒烯分子Sc4C2H@C80-Ih，利用紫外可见近红外、红外、拉曼等光谱手段结合理论计算表征了其结构，电子顺磁共振谱表明该分子是一个自旋活性分子，Sc3d1占据了大部分自旋，导致了分子电子自旋的各向异性;通过化学还原法获得了Sc3CN@C80·-自由基，电子顺磁共振谱及理论计算结果表明内嵌的CN基团承载了单电子自旋，使其得以稳定存在，更为重要的是研究发现以C为中心的构型是Sc3CN@C80-Ih最稳定构型;通过电弧放电法合成了新型违反独立五元环规则(IPR)的金属富勒烯Sc2C2@C72-Cs(10528)并实现了其自旋活化，电子顺磁共振谱揭示了其内嵌团簇独特的运动模式，即两个Sc原子摆脱两对相邻五元环的束缚而在碳笼内做无规则跳跃运动，单晶X射线衍射及核磁共振结果也证实了这一发现。 （二）将自旋活性的金属富勒烯Y2@C79N嵌入到金属有机骨架MOF-177的孔道内形成了独特的三维自旋体系Y2@C79N(C)MOF-177，变温电子顺磁共振谱表明低温下Y2@C79N分子在MOF-177孔道内定向排列，导致体系呈现出独特的磁晶各向异性，这种三维有序自旋阵列为顺磁性金属富勒烯在量子计算等方面的应用奠定了基础。 （三）通过氧化性有机胺TBPA与Gd@C82之间的电荷转移反应获得了Gd@C82/TBPA复合盐，该方法不仅提高了Gd@C82的有效磁矩，还极大地增强了Gd@C82在常见有机溶剂中的溶解性。ESR及计算结果表明这种电荷转移过程淬灭了碳笼上未配对电子的自旋，削弱了Gd3+的4f电子自旋与碳笼上π电子自旋之间的反铁磁相互作用，最终导致Gd@C82磁性增强。这为Gd@C82的广泛应用打下了坚实的基础。 （四）通过核自旋探究了Sc3N@C80-Ih内嵌团簇的运动行为，研究结果发现低温下Sc3N团簇的运动变慢，外部修饰基团极大地限制了Sc3N的自由转动，内嵌团簇的尺寸效应缩短了13C的弛豫过程，减缓了内嵌团簇的运动过程。这为设计和构筑分子器件提供了重要依据。